Липидная фракция бобов кофе.

Резюме
Липидная фракция кофе состоит в основном из триацилглицеролов, стеролов и токоферолов - типичных составляющих большинства растительных масел. Кроме того, масло кофе содержит дитерпены семейства каранов в пропорции до 20 % от общего числа липидов. Рассмотрены составные части основных липидных компонентов двух сортов кофе - Арабика и Робуста. Дополнительно рассмотрено влияние таких процессов, как обжаривание и обработка паром, на указанные липидные компоненты, а также последствия хранения зеленых кофейных бобов в различных условиях. Также в статье выложены новые данные о 5-гидрокситриптамидах, основных частей воска кофе, расположенного на внешнем слое боба кофе, и таких недавно обнаруженных составляющих как кофедиол и арабиол.
Два основных сорта кофе, Арабика и Робуста (Coffea Arabica и Coffea canephora var. Robusta), содержат от 7 до 17 % масла. Содержание липидов в бобах зеленого кофе сорта Арабика в среднем составляет 15 %, тогда как в сорте Робуста их гораздо меньше - около 10 %. Большая часть липидов, собственно масло кофе, находится в эндосперме зеленых бобов кофе; только незначительная их часть содержится в воске кофе, расположенном на внешней поверхности бобов. Масло кофе состоит в основном из триацилглицеролов и жирных кислот в пропорции, сходной с составом других растительных масел. Относительно большая неомыляющаяся фракция богата дитерпенами семейства каранов, главным образом кафестолом, кавеолом и 16-O-метил-кафестолом. В свою очередь, присутствие16-O-метил-кафестола является достоверным признаком сорта Робуста в купажах. К перечню стеролов, также составляющих неомыляющуюся фракцию, можно добавить и обнаруженные деметил-, метил- и диметил-стеролы. Структура липидной фракции зеленого кофе изложена в таблице 1.



Масло кофе
Выход неочищенного масла зависит не только от состава бобов кофе, но и от условий его извлечения, размера частиц, площади обрабатываемой поверхности, выбора растворителя и продолжительности экстракции.
Отделение масла кофе для детального анализа. Для выработки масла кофе с целью использования в качестве материала для детального изучения его химического состава, необходима экстракция прямыми растворителями без обработки кислотами. Некоторые исследователи использовали диэтиловый эфир, петролейный эфир с разным диапазоном точки кипения, н-гексан и смесь диэтилового эфира и н-гексана. Результаты зависели от выбранного растворителя. В некоторых случаях были извлечены полярные и не липидные вещества, например, кофеин. Пикард обратил внимание, что при увеличении времени экстракции гексаном и диэтилэфиром содержание масла в кофе Робуста незначительно повысилось за 6 и 8 часов (11,4 и 11,6 %), а за 10 и 12 часов немного сократилось (11,0 и 10,9 %). Фолстар установил, что выход масла зависит от размера частиц (помола).
Спир (1989) экстрагировал молотый кофе с размерами частиц меньше 0,63 мм и использовал трет-бутил-метиловый эфир в качестве растворителя вместо опасного диэтилэфира. Его метод описывается так: обжаренные зерна кофе подвергаются грубому помолу и пропускаются через 0,63 мм сито. Отсеянный материал затем измельчается вместе с глауберовой солью в ступке и экстрагируется трет-бутил-метиловым эфиром. Затем растворитель выпаривается и осадок высушивается. Продолжительность экстракции не увеличивает липидную составляющую. Зеленый кофе измельчается в ступке с сухим льдом.

Жирные кислоты. Жирные кислоты кофе в основном находятся в соединенном виде. В ранее опубликованных исследованиях упоминалось незначительное изменение жирнокислотного состава при обжарке. Однако позже было установлено, что процесс обжарки увеличивает количество транс-жирных кислот.

Свободные жирные кислоты. Экстракция трет-бутил-метиловым эфиром позволяет выделить три фракции: фракцию с триацилглицеролами, фракцию, содержащую сложные дитерпеновые жирные кислоты, и фракцию со свободными жирными кислотами. В обоих сортах кофе (Арабика и Робусто) обнаружено одинаковое количество свободных жирных кислот. Разница между этими сортами становится очевидной только при сравнении содержания стеариновой и олеиновой кислот (см. figure 1).



Соотношение стеариновой и олеиновой кислот может являться главным показателем содержания кофе Робуста в купажах.
Количество свободных жирных кислот в свежесобранных зеленых бобах является очень низким. Результаты с использованием бразильского кофе показали, что содержание свободных жирных кислот в свежесобранных зернах составляет около 1 г/кг, в то время как кофе десятилетней выдержки той же популяции содержит их более 30 г/кг. Из этих данных можно сделать вывод, что огромное влияние оказывают жирорасщепляющие энзимы. Чтобы доказать эту гипотезу, Спир (2004) проанализировал кофе разной зрелости на активность липазы.
Активность липазы была обнаружена во всех рассматриваемых образцах зеленого кофе, даже в десятилетних зернах. Этот факт может служить обоснованием для высокого содержания свободных жирных кислот в зернах кофе десятилетней выдержки. Для детального изучения этой взаимосвязи был использован сырой кофе, произведенный в Колумбии. Несмотря на стандартные требования по температурному режиму в 25°С, экспериментальное хранение производилось при 12°C, т.е. температуре, поддерживаемой в большинстве хранилищ Гамбурга. Также были проведены показательные опыты при 40°C. Поскольку изменения в значительной степени могут зависеть от содержания влаги в среде хранения, сравнивались воздействия низкой влажности (6,2 %), средней (11,8 %) и высокой (13,5 %). Кроме того, были исследованы последствия хранения сырых бобов кофе в контролируемой среде, где содержание кислорода поддерживалось на уровне 2% и 5%. В итоге, 1000 кг сырых зерен кофе были упакованы в специальную упаковку, каждая по 2 кг, и хранились 18 месяцев. Результаты хранения при 25°C (содержание жирных кислот относительно температуры, содержания кислорода и влажности) детально показаны в figure 2. Для кофе с исходным содержанием влаги постоянное увеличение веса от 1,8 г/кг до 3,8 г/кг было обнаружено в течение 18 месяцев. Хотя состав воздуха, видимо, не влияет на содержание свободных жирных кислот, влажность имеет довольно большое значение. При детальном анализе в сухом кофе отмечается лишь небольшое их увеличение. Содержание свободных жирных кислот остается на низком уровне, т.е. даже по прошествии 18 месяцев их уровень составил от 1,9 to 2,3 г/кг. Наибольший рост наблюдался во влажном кофе. В этих образцах содержание СЖК составило 4,8 г/кг.


Помимо влажности большое влияние также оказывает температура. Верхний график в figure 2 показывает результаты замеров для сырья, хранившегося при температуре 12°C. Для кофе, хранившемся при 25°C, наибольший рост был отмечен во влажных кофейных зернах по истечении 18 месяцев. Тем не менее, содержание свободных жирных кислот максимально составило 2,7 г/кг, что хотя и незначительно, но все же выше, чем в сухом кофе, хранившемся при 25°C.
Особо стоит отметить результаты измерений, произведенных для кофе, хранившемся при 40°C. Указанные изменения были зафиксированы уже через три месяца, особенно для влажного кофе. По истечении года содержание СЖК в этих образцах возросло до 7 г/кг. Тем не менее, никаких изменений в соотношении жирных кислот зафиксировано не было. Из этого следует вывод, что все сложные эфиры жирных кислот подвергаются гидролизу в одинаковой степени.
Дитерпены. Дитерпены кофе в основном представлены пентациклическими дитерпеновыми спиртами, основанными на карановом скелете. Структура двух дитерпенов кофе, кавеола и кафестола, была предметом изучения многих исследователей. Оба чувствительны к кислотам, теплу и свету, особенно кавеол в чистом виде. В 1989 из бобов кофе Робуста был выделен 16-O-метил-кафестол (16-OMC). Также был открыт 16-O-метил-кавеол. Формулы этих дитерпенов отображены в figure 3.


Зерна кофе сорта Арабика содержат кавеол и кафестол, зерна Робусты - кафестол, незначительное количество кавеола и 16-OMC (figures 4 и 5).
Так как 16-OMC сохраняет стабильность даже при тепловой обработке, его присутствие позволяет точно определить содержание кофе Робуста в купажах кофе Арабика.




Но, несмотря на то, что 16-O-метил-кафестол не был обнаружен в бобах кофе Арабика, он был найден в других частях растения, например, в листьях.
Спектроскопические методики анализа показали, что 16-O-метил-кавеол содержится как в зеленых, так и в обжаренных зернах Робусто. Из бобов сорта Арабика Уолберг в 1975 выделил энт-16-каурен-19-ол, дитерпеновый спирт.
Дитерпены кафестол, кавеол и 16-OMC в чистом виде составляют только незначительную часть масла кофе. Для определения их точного количества необходима сепарация от крупных соединений липидной фракции, а именно сложных дитерпеновых эфиров и триглицеридов, которые препятствуют точному анализу. В кофе Арабика свободные кафестол и кавеол были обнаружены в количестве 50-200 мг/кг в пересчете на сухое вещество с преобладанием кафестола. Робусто содержит свободный кафестол в количестве 50-100 мг/кг, т.е. несколько выше, чем 16-OMC (10-50 мг), и только следы кавеола.
Воздействие различных условий хранения на содержание свободных дитерпенов. Также как и свободные жирные кислоты, свободные дитерпены подвержены влиянию раличных условий хранения зеленых бобов. Результаты показаны в figure 6. При хранении зеленых бобов в холодных и сухих помещениях содержание свободного кафестола возросло лишь незначительно; наибольший рост, до 16 %, был зафиксирован во влажном кофе, хранившемся при 25 градусах Цельсия и 45 градусах Цельсия. Причина таких изменений - в активности липазы. Низкая температура и малое содержание влаги в кофейных зернах подавляют действие энзимов.


Влияние паровой обработки на содержание дитерпенов. Для того, чтобы привлечь как можно больше покупателей, производители, наряду с традиционным кофе, предлагают обработанный кофе. В частности, предлагается кофе без кофеина, для чего зерна предварительно проходят паровую обработку. В этом случае содержание свободных дитерпенов может варьироваться в зависимости от выбранных параметров паровой обработки.
В обжаренных зернах, подвергаемых паровой обработке, количество кафестола, кавеола, дегидро-кавеола и дегидро-кафестола уменьшается пропорционально с увеличением времени обработки паром (figure 7).
Кавеол после интенсивной обратоки паром разрушается практически полностью. Поэтому его отсутствие является индикатором кофейных зерен, подверженных паровой обработке. Однако достаточно трудно определить присутствие обработанных паром зерен в купажах Робусто, если нет возможности сравнительно анализа с необработанными зернами.



Сложные дитерпеновые эфиры жирных кислот. Сложные дитерпеновые эфиры присутствуют в масле кофе в неравномерных количествах. Сложные эфиры нечетных жирных кислот составляют наименьшую часть, в то время как дитерпены, эстерифицированные с пальмитиновой, линолевой, олеиновой, стеариновой, арахидоновой и бегеновой кислотами, составляют большую. Поэтому акцент был сделан на этих шести сложных дитерпеновых эфирах, которые составляют почти 98 %. В table 3 рассмотрено процентное соотношение этих сложных эфиров в зернах кофе сорта Арабика.



Дитерпены липидной фракции в обжаренном кофе. Во время процесса обжарки образуются новые дитерпеновые соединения. Помимо кафестола и кавеола, в обжаренном кофе также обнаружены дегидро-кавеол и дегидро-кафестол. (figure 10)



Количество соединений возрастает с увеличением температуры обжарки, но также зависит от содержания кавеола и кафестола в зеленом кофе. Недавно были открыты еще два новых дитерпена – изо-кавеол и дегидро-изо-кавеол (figure 11).


В 2005 г в зеленом кофе были найдены некоторые дегидро-дитерпены и изо-компоненты, ранее выделенные лишь из обжаренного кофе. Исследование сложных эфиров 16-OMC показало, что они остаются стабильными во время процесса обжарки, и пропорционально распределение дитерпеновых сложных эфиров остается прежним. В тоже время содержание сложных дитерпеновых эфиров кафестола и кавеола возрастает с повышением температуры с небольшими изменениями в их рапределении.
Эксперименты с нагреванием кафестол-пальмитата и кафестол-линолеата показали такое же содержание соответствующих сложных эфиров дегидро-кафестола, как и в обжаренном кофе.
Еще одна группа дитерпеновых производных, обнаруженная в кофе, представляет собой класс атриктилозидов, в большинстве своем представленных гликозидами.
Дитерпены в кофейных напитках и их влияние на здоровье. Исследования показали, что при употреблении кофе может повышаться содержание холестерола в крови. Этот эффект обусловлен липидами, содержащимися в приготовленном кофе, несмотря на их плохую растворимость в воде. Раньше считалось, что такой эффект оказывают триглицериды, но последние исследования показали, что именно дитерпены, особенно кавеол и кафестол в свободной форме, способствуют повышению уровня холестерола в крови. Однако дитерпены оказывают и положительное влияние. В частности, кафестол стимулирует глутатион-S-трансферазную активность, что увеличивает распад ксенобиотиков.
Другие исследователи утверждают, что кафестол и кавеол защищают от индуцированной генотоксичности.
Количество дитерпенов в напитке напрямую зависит от способа приготовления и от общего количества липидов. Например, для фильтрованного кофе, приготовленного в обычной кофеварке, количество липидов составило менее 0,2 %. А вот эспрессо содержит 1-2 % липидов и, соответственно, дитерпенов.
Стеролы. Кофе содержит некоторое количество стеролов, характерное и для многих других масел. Помимо 4-деметил-стеролов, были обнаружены различные 4-метил- and 4,4-деметил-стеролы. Стеролы были выделены как в свободной, так и в эстерифицированной форме. Деметил-стеролы составляют 90 % от общего количества стерольной фракции. Соотношение главных деметил-стеролов в различных образцах кофе Арабика и Робуста представлено в table 4.


Токоферолы. Токоферолы в масле кофе были впервые обнаружены в 1977. a-токоферол был выделен сразу, в то время как b- и g- токоферолы сначала были объединены в одну группу.


Огава в 1989 г определил содержание токоферолов в 14 сортах зеленого кофе, в тех же бобах после обжарки и их инфузах. Максимальное содержание токоферолов в зеленом кофе составило 15,7 мг/100 г, а среднее – 11,9 мг/100 г. В процессе обжарки содержание а-и b- токоферолов уменьшается. g-токоферол был найден в некоторых популяциях кофе Робуста.
Другие составляющие. В1964 из неомыляющейся фракции масла кофе был извлечен сквален. Позднее Фолстар (1985) выявил длинноцепные алканы в масле и воске кофе. В 1999 Кёрт и Спир изолировали новый компонент с молекулярной формулой C19H30O2. Его структура схожа с дитерпеном кафестолом. Новый компонент получил название «кофедиол» (figure 14).


Еще одно вещество с молекулярной формулой C22H28O2 (figure 15) было выделено из зеленого колумбийского кофе сорта Арабика, хранившегося при температуре 40°C. Этот компонент получил название «арабиол I».


Воск кофе. Поверхность зеленых кофейных бобов покрыта тонким слоем воска. Воск кофе получается путем экстракции с использованием хлорсодержащих органических растворителей. Содержание воска составляет около 0,2 – 0,3 % от общего веса боба. Основную часть воска составляют карбоксильные кислоты 5-гидрокситриптамиды (C-5HT). Также были извлечены амиды серотонинов (5-гидрокситриптамин, 5HT) и жирные кислоты с цепочками разной длины. См. figure 16.


C-5HT частично разрушаются в процессе обжарки. Для среднеобжаренных кофейных зерен их количество составляет около 500-1000 мг/кг. Удаление воска с помощью технологической обработки (полировка, депарафинизация, обработка паром), кроме сокращения общего количества C-5HT, сказывается на лучшей усваиваемости кофейных напитков. Несмотря на то, что C-5HT являются важнейшей составляющей воска кофе,маловероятно, что они являются главной причиной нежелательных последствий от употребления необработанного кофе, что объясняется их низкой растворимостью в воде. Другое обоснование этому – их отсутствие в процеженном кофе, приготовленном из необработанных бобов. Также C-5HT представляют интерес с точки зрения их антиоксидантной активности.

Перевод Ангелина Абашина.

Источник: http://www.scielo.br/scielo.php?scri...s&nrm=&tlng=en

Любое копирование ЗАПРЕЩЕНО!